基于虚拟仿真的食品工艺学实验教学改革与实践

来源:用户上传      作者:王斌　吕兵　姜启兴　夏文水

　　摘要：食品工艺学实验是高等学校食品科学与工程专业的一门重要专业必修课程。文章通过对传统食品工艺学实验课程现状的分析，探讨了基于虚拟仿真实验平台的食品工艺学实验课程改革与实践。这种虚实结合的实验教学模式，使学生能够更扎实地掌握食品加工与保藏的基本原理，锻炼与食品加工工艺相关的实践能力，从而真正实现理论联系工厂实际。
　　关键词：虚拟仿真;食品工艺学实验;改革;实践
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）16-0376-02
　　 一、概述
　　江南大学食品工艺学课程是食品科学与工程专业的学位课程与专业核心课程。该课程的任务是教会学生食品加工与保藏的技术理论与专业知识，培养学生分析食品加工和保藏过程中的复杂问题，并能提供解决食品工藝问题与产品开发方案的素质与能力[1]。作为一门重要的专业基础实验课，食品工艺学实验既有和食品工艺学课程的关联性，又有其独立性和系统性。该课程介绍肉制品、水产制品、乳制品、果蔬、饮料、焙烤制品等典型制品的加工，要求学生理解和全面掌握多种食品保藏原理和各大类食品加工技术;熟悉常用食品加工设备的性能及操作方法;掌握从事产品开发的基本方法和思路，并能独立完成同系列产品试制[2，3]。
　　二、食品工艺学实验教学中存在的问题
　　我院食品工艺学实验课程教学内容涵盖了主要食品门类的典型制品加工，使学生加深对食品工艺学理论课内容的理解。然而食品工艺学实验教学中还是存在一些问题，具体表现为以下几个方面。
　　1.学生生源的扩大以及实践基础设施的相对不足，导致配套实验教学单组规模过大，学生参与程度有待提高，教学效果差，迫切需要改革实践教学方式，提高学生的动手参与程度。
　　2.目前，对于接触食品工厂实际生产环节较少的学生而言，教师仅仅采用半理论、作坊式的实验教学，还是相对抽象的，学生获得的知识也是片面的。譬如，有一些是实验不具备或难以完成的教学内容，如喷雾干燥塔、均质机、冰激凌凝冻机的内部结构不易观察，且学生实际参与程度较低。
　　在食品工艺学实验综合创新技能培养中，“虚拟仿真实验”平台是对传统教学方式的改革尝试。虚拟仿真实验教学可以弥补实验设施不足、单组人数过多造成的学生实际参与程度较低的问题，还可以实现食品工程类专业真实实验中不具备和难以完成的教学功能。
　　三、食品工艺学实验虚拟仿真实践教学的策略
　　将虚拟仿真平台和现有实验教学资源相结合，构建综合性虚拟仿真实验教学模式，对于充分发挥信息化教学的优势，解决传统实验教学中面临的诸多现实问题，促进创新人才的培养，具有重要意义[4]。在虚拟仿真实验平台搭建形成的基础上，如何协调好虚拟仿真实验与实际实验之间的关系，更好地利用虚拟仿真实验平台为食品工艺学实验教学服务，做到“线上线下互补、虚实结合”，对于切实提高食品工艺学实验教学效果具有重要意义[5]。本课程围绕食品科学与工程、食品质量与安全本科生培养目标，针对基于虚拟仿真实验平台的食品工艺学实验课程改革与建设的内容和方法主要包括以下几点。
　　1.加强完善“虚拟仿真实验教学平台”系统在工艺学实验中的应用。将“虚拟仿真实验教学平台”作为实验的预习平台纳入工艺学实验的教学。学生首先完成虚拟仿真实验的在线预习和在线模拟实验操作，然后再进行现场实验操作。学生需要完成的虚拟仿真实验主要包括以下几个方面：①实验前理论学习：实验前，教师要求学生通过平台在线学习相关实验的实验内容、原理、目的、步骤等。②提示版实验操作：在掌握相关实验原理等理论知识的基础上，教师要求学生首先学习相关的实验视频，然后按照平台提示的实验操作，在平台材料库和设备库中挑选实验需要的相关实验原材料和实验仪器等，按照实验步骤开展实验。③无提示版的实验操作：学生在通过提示版实验操作后，在线完成无提示版的线上实验操作，同时完成相关数据记录、实验报告的提交。④实验过程智能指导：学生在实验过程中遇到问题可以请求指导，教师给出指导信息和意见。⑤实验结果自动批改：学生提交实验结果后，教师进行评判，给出分数和评分点。⑥师生互动交流：教师通过实时答疑和在线留言功能，方便地解决学生在平台在线实验操作中遇到的问题。学生完成在线虚拟仿真实验教学的预习，并通过考核后，方可进入实验室开展实际实验操作。通过“虚拟仿真实验教学平台”系统的应用，强化学生实际实验操作前的预习工作，提高实验教学工作成果。
　　2.依托“虚拟仿真实验教学平台”构建食品工艺学实验小班化教学模式。针对生源扩大以及实践基础设施相对不足，导致配套实验教学单组规模过大，教学效果差的现状，试点开展食品工艺学实验的小班化教学。学生在通过虚拟仿真实验教学的考核后，可以利用该实验教务管理系统中的选课功能在线预约实际实验操作。按照全国工程教育专业认证标准及食品科学与工程专业标准，减少食品工艺学实验每组学生数至4—6人，实行小班化教学，让每位同学都能够动手参与实验操作，提高学生的参与度。
　　3.基于“虚拟仿真实验教学平台”对实验教学方式进行了三点改革。①作为食品工艺学配套的实验课程，食品工艺学实验是该课程中相关原理的具体应用实例。因此，将每个实验的实验原理和理论基础制作成PPT，在每个实际实验操作前进行讲解，可以加深学生对该实验操作原理的认识，同时也是对该实验在线预习内容的回顾。②同时，利用虚拟仿真实验教学平台系统管理中的日志和实时监控功能，对每位学生在线操作中遇到的问题进行记录，经过数据汇总整理出该实验常见的问题，并在实际实验操作前的PPT中进行讲解，可以让学生更好地理解该实验的关键点。③通过虚拟仿真实验教学的预习，学生对该实验的基本原理和基本操作步骤有一定的了解。为了培养学生的创新思维和学习兴趣，避免在实际实验操作过程中的重复性实验操作，在原有实验的基础上增加设计性实验，让学生根据食品工艺学课程中的基本原理，自行设计关键步骤的参数，进而对相关实验原理进行验证，例如在烟熏香肠实验中，可以设置对照实验，研究不同的发色剂/防腐剂（亚硝酸钠等）对香肠色泽的影响;在糖水梨罐头实验中，设置抽真空组和不抽真空处理组，研究其对罐头产品品质的影响。通过设计性实验将理论知识融合到实验教学中，让学生在实践过程中学习，培养学生的创新思维和学习兴趣，充分发挥学生的主体作用。 　　四、结束语
　　通过改革和实践，本课程形成了基于虚拟仿真实验教学平台的线上预习、线下创新实验的全新教学模式。学生课前在线预习虚拟仿真实验内容，在实际实验操作过程中增加设计性实验，此种学习方式实现了以“课堂翻转”为特征的全新实验教学方式，从而将学习的决定权从教师转移到学生。虚拟仿真实验教学平台的推广应用也解决了实际实验过程中单组学生人数过多、学习效率低的问题，既强化了学生对工艺学课程基础知识和基本实验操作的掌握，同时有助于学生更高效率地体验真实仪器设备，有助于学生自学并加深对食品工艺学理论知识的理解，锻炼与食品加工工艺相关的实践能力，从而真正实现理论联系工厂实际。
　　参考文献：
　　[1]夏文水.食品工艺学[M].北京：中国轻工业出版社，2007.
　　[2]江南大学食品学院.食品工艺学实验指导书[M].江南大学，2018.
　　[3]李昀，苗颖，任小青，等.体验式教学法在《食品工艺学实验》教学方案设计中的应用[J].教育教学论坛，2018，（28）：204-205.
　　[4]李婷婷，代健民，潘洪志.虚拟仿真实验教学的探究与创新人才的培养[J].中国继续医学教育，2019，11（08）：53-55.
　　[5]王慧，白红英，马丽.高校虚拟仿真实验室的建设与改革研究[J].中国管理信息化，2019，22（07）：216-218.
　　Reform and Practice of Food Processing Technology Experiment Based on Virtual Simulation Experiment Platform
　　WANG Bin，LV Bing，JIANG Qi-xing，XIA Wen-shui
　　（School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China）
　　Abstract：Food processing technology experiment is an important professional compulsory course for food science and engineering majors in colleges and universities.Through the analysis of the current situation of traditional food processing technology experiment，this paper discusses the reform and practice of food processing technology experiment based on virtual simulation experiment platform.The combination of virtual and practical experimental teaching mode enables students to grasp the basic principles of food processing and preservation in a more solid way，exercise the practical skills associated with food processing techniques to truly achieve theoretical linkage to the actual plant.
　　Key words：virtual simulation;food processing technology experiment;reform;practice
　　收稿日期：2019-06-02
　　基金項目：江南大学教改项目（JG2017046）;江苏高校品牌专业建设工程资助项目（PPZY2015A052）;面向新工科的食品专业工程实践教育体系和平台建设（2017JSJG003）
　　作者简介：王斌（1984-），女（汉族），山东烟台人，博士，副教授，研究方向：食品加工与综合利用。
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